Circuito caricabatteria agli ioni di litio USB 3,7 V.

In questo articolo studiamo un semplice circuito di carica per batteria agli ioni di litio USB 3.7V per computer con funzioni di controllo della corrente con interruzione automatica.

Come funziona

Il circuito può essere compreso con l'aiuto della seguente descrizione:

L'IC LM358 è configurato come comparatore. L'IC LM741 non viene utilizzato poiché non è specificato per funzionare con tensioni inferiori a 4,5 V.

Il pin # 2, che è l'ingresso invertente dell'IC, viene utilizzato come pin di rilevamento ed è collegato con una preimpostazione per le regolazioni e le impostazioni richieste.

Il pin # 3, che è l'ingresso non invertente degli amplificatori operazionali, è di riferimento a 3V bloccandolo con un diodo zener da 3V.

È possibile vedere un paio di LED collegati al pin di uscita dell'amplificatore operazionale, per rilevare e indicare le condizioni di carica del circuito. Il LED verde indica che la batteria è in carica, mentre il rosso si illumina non appena la batteria è completamente carica e l'alimentazione viene interrotta.

Come caricare utilizzando la porta USB

Si ricorda che il processo di ricarica può essere piuttosto lento e richiedere molte ore, perché la corrente dall'USB di un computer è normalmente molto bassa e può variare tra 200mA e 500mA a seconda del numero di porta utilizzato per lo scopo.

Una volta assemblato e impostato il circuito, il design mostrato di seguito può essere utilizzato per caricare qualsiasi batteria agli ioni di litio di riserva tramite la porta USB.

Collegare prima la batteria attraverso i punti indicati, quindi collegare il connettore USB alla presa USB del computer. Il LED verde dovrebbe accendersi istantaneamente indicando che la batteria è in carica.

È possibile collegare un voltmetro attraverso la batteria per monitorarne la carica e verificare se il circuito interrompe l'alimentazione correttamente o meno al limite specificato.

Poiché la corrente da un computer USB può essere molto inferiore, la fase di controllo corrente può essere ignorata e il design di cui sopra può essere molto semplificato come mostrato di seguito:

Video clip che mostra l'azione di interruzione automatica, quando la cella agli ioni di litio viene caricata fino a 4,11 V:

Si prega di notare che il circuito non inizierà la ricarica a meno che una batteria non sia collegata prima dell'accensione, quindi collegare la batteria prima di collegarla alla porta USB

Un LM358 ha due amplificatori operazionali, il che significa che un amplificatore operazionale viene sprecato qui e quindi rimane inutilizzato LM321 può essere provato invece per evitare la presenza di un opamp inutilizzato inattivo.

Come impostare il circuito di ricarica agli ioni di litio USB sopra:

È estremamente facile da implementare.

1. Innanzitutto, assicurati che la preimpostazione sia completamente spostata sul lato terra. Significa che il pin # 2 dovrebbe essere inizialmente a livello del suolo attraverso il preset.
2. Quindi, senza alcuna batteria collegata, applicare un esatto 4,2 V su +/- linee di alimentazione del circuito, tramite un accurato alimentatore regolabile.
3. Vedrai il LED verde accendersi immediatamente.
4. Ora, ruota lentamente il preset, finché il LED verde si spegne e il LED ROSSO si accende.
5. È tutto! Il circuito è ora impostato per interrompersi a 4,2 V quando l'attuale cella agli ioni di litio raggiunge questo livello.
6. Per il test finale, collega una batteria scarica alla posizione mostrata, collega l'alimentazione in ingresso tramite una presa USB del computer e divertiti a guardare la cella che si carica e si interrompe alla soglia stabilita di 4,2 V.

Funzionalità CC corrente costante aggiunta

Come si può vedere, è stata aggiunta una funzionalità di corrente costante integrando il tavolino BC547 con la base del BJT principale.

Qui il resistore Rx determina il resistore di rilevamento della corrente e, nel caso in cui venga raggiunto il limite di corrente massimo, la caduta potenziale sviluppata attraverso questo resistore fa scattare rapidamente il BC547, che mette a terra la base del driver BJT, interrompendo la sua conduzione e la carica della batteria .

Ora, questa azione continua ad oscillare alla soglia del limite di corrente, abilitando la corrente costante richiesta, CC carica controllata per la batteria agli ioni di litio collegata.

Limitazione di corrente non richiesta per l'alimentazione USB

Sebbene venga mostrata una funzione di limitazione della corrente, questa potrebbe non essere necessaria quando il circuito viene utilizzato con un USB poiché l'USB è già abbastanza basso con la corrente e l'aggiunta di un limitatore potrebbe essere inutile.

Il limitatore di corrente deve essere utilizzato solo quando la corrente della sorgente è sostanzialmente elevata, ad esempio da un impianto solare o da un'altra batteria

Migliorare ulteriormente il circuito

Dopo alcuni test è emerso che il transistor Darlington non era in grado di passare una corrente sufficiente a celle agli ioni di litio, in particolare quelle profondamente scariche. Ciò ha comportato una differenza nei livelli di tensione attraverso la cella e tra i binari di alimentazione del circuito.

Per combattere questo problema, ho provato a migliorare ulteriormente il design, sostituendo il singolo Darlington BJT con una coppia di rete NPN / PNP, come indicato di seguito:

Questo design ha migliorato significativamente l'erogazione di corrente e ha comportato una riduzione del margine di differenza tra il livello di tensione del terminale della batteria e il livello di tensione di alimentazione effettivo, e quindi una falsa commutazione di interruzione.

Il video seguente mostra il risultato del test utilizzando il circuito sopra:

Utilizzando un relè 5V

I progetti di cui sopra possono essere costruiti anche utilizzando un 5V, che garantirà la migliore erogazione di corrente possibile alla cella e una ricarica più rapida. Lo schema elettrico può essere visto di seguito:

Notare che:

Questo articolo è stato sostanzialmente modificato di recente e quindi le discussioni sui commenti precedenti potrebbero non corrispondere allo schema del circuito mostrato in questo progetto e spiegazione aggiornati.